Характер «короля пластмасс» связали с тактичностью и происхождением

Фото: open-dubna.ru

Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ , выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия. С  помощью этих знаний можно на стадии синтеза задавать материалу нужные свойства: от эластичности до твёрдости. Работа опубликована в журнале Polymer.

Помягче или пожёстче?

Полипропилен иногда называют «королём пластмасс», потому что он используется повсеместно. По  объёмам производства среди полимеров его обгоняет только полиэтилен. Из  полипропилена можно получать материалы с широким спектром свойств: от эластичных резинок до высокопрочного пластика, — немного меняя структуру молекул. Однако взаимосвязь между химическим строением и механическими свойствами по прежнему до конца не установлена.

Рисунок: полимерные цепочки. Красными кругами выделены кристаллиты

Полимерные материалы способны к метаморфозам благодаря их строению. Полимеры  — это длинные молекулярные цепочки, причём цепочки могут быть разной длины. Если материал представляет собой аморфную кашу из молекул, то он будет очень мягким. Но  части цепочек могут сцепляться и образовывать так называемые кристаллиты. Кристаллиты  — это участки, где атомы строго упорядочены, как в кристаллах. Кристаллиты служат узлами, скрепляющими цепочки, и чем их больше, тем прочнее сетка из цепочек и тем жёстче материал. Чтобы цепочки связывались, у структуры молекул должна быть определённая особенность.

Как тактично

Рисунок: три варианта тактичности: изотактичность, синдиотактичность и атактичность. Оранжевые и зелёные шарики обозначают CH3 и H

Химическая формула полипропилена  — цепочка, звеньями которой служит пропилен  (пропен). А  пространственная структура молекулы определяется тем, как звенья расположены по отношению друг к другу. Если их «хвостики» CH3 смотрят в одну сторону, это называется изотактичностью, если по очереди смотрят то в одну, то в другую  — синдиотактичностью, а если никакой закономерности нет, говорят об атактичности. Изотактические участки хорошо скрепляются друг с другом, поэтому чем их больше, то есть чем выше изотактичность полипропилена, тем прочнее должен быть материал. Химики-синтетики могут получать полипропилен с определённой степенью изотактичности. Как именно связаны между собой изотактичность и механические свойства материала  — вопрос, который поставили перед собой авторы исследования.

Рисунок: Пентада полимера

Установленный закон

Степень изотактичности полимеров измеряется процентным содержанием пентад. Пентада  — это изотактический участок молекулы, состоящий из пяти звеньев. Учёные изучали полипропилен с разной степенью изотактичности: 25, 29, 50, 72, 78, 82 и >95%. Из  этого полипропилена получали образцы в виде тонких плёнок толщиной 0,5–0,7  мм двумя способами: в одном случае расплавленный материал закаляли холодной водой, а в другом  — медленно остужали со скоростью 3 градуса в минуту. Полипропиленовые плёнки растягивали со скоростью 10  мм/мин с помощью специальной тестовой машины. На  основе механических тестов для каждого образца построили кривую деформации. Поведение образцов при деформации зависело от их изотактичности и предыстории. Эту закономерность учёные отобразили с помощью зависимости модуля упругости от степени кристалличности. Чем выше модуль упругости, тем неподатливее материал. Степень кристалличности  — это содержание кристаллитов в материале по отношению к аморфной части. Кроме этого, учёные показали, что у закалённых и медленно охлаждённых образцов кристаллиты находятся в разной форме.

Рисунок: график зависимости модуля упругости Е от степени кристалличности. Буквами Q и S обозначены закалёные и медленно охлаждённые образцы соответственно, M и ZN  — разные виды катализаторов, а числа  — степени изотактичности образцов

«Многие пытаются улучшать свойства полипропилена, потому что отдача очень большая: его выпускают миллионами тонн. Можно чуть-чуть изменить структуру цепи или начальные условия и получить материал с необходимыми свойствами. Во  время синтеза можно задать структуру молекулы, но оказывается, что задавая структуру молекулы, вы задаёте свойства сетки, а задавая свойства сетки, вы задаёте свойства материала. Это самый главный вывод, который мы делаем в статье. Сейчас мы проделываем подобную работу над не менее популярным полимером  — полиэтиленом»,  — комментирует автор статьи, преподаватель МФТИ и ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных полимерных структур ИСПМ РАН Максим Щербина.

Работа выполнена в рамках гранта РНФ 14-13-01402.

Источник

Добавить комментарий Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.

Имя (обязательное)

E-Mail (обязательное)

Сайт

Подписаться на уведомления о новых комментариях


Обновить

Отправить Отменить JComments Автор: Татьяна Небольсина
 
По теме
Оборудование для внедрения в России технологии 5G начали тестировать в Солнечногорском районе - Администрация Солнечногорского района Во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ФГУП «ВНИИФТРИ» Росстандарта) в Солнечногорском районе Подмосковья приступили к тестированию оборудования для внедрения
26.09.2018
 
ОМВД приглашает на день открытых дверей - OpenDubna.Ru Вниманию выпускников и абитуриентов! Приглашаем выпускников школ, абитуриентов и всех желающих граждан на встречу, где вы сможете узнать о специфике службы в органах внутренних дел,
26.09.2018
В образовательных учреждениях Москвы и Московской области проходят уроки пенсионной грамотности, в территориальных подразделениях Пенсионного фонда проводятся Дни  открытых дверей, лекции и экскурсии.
25.09.2018
 
На очередном заседании церковно-практической кафедры закреплены темы работ и защищены квалификационные работы - Духовная академия 24 сентября 2018 года прошло заседание церковно-практической кафедры Московской духовной академии под председательством заведующего кафедрой профессора протоиерея Владислава Цыпина.
25.09.2018
Ремонт по нотам - Истринские ВСети В Истринской музыкальной школе завершился ремонт В школе отремонтированы кабинеты для занятий и холлы на первом и втором этажах, на цокольном этаже появились новые помещения.
26.09.2018 Истринские ВСети
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1 городского округа Пущино Московской области была открыта 1 сентября 1963 г. С 1999 года пущинская средняя школа №1 носит имя Н.Д.
25.09.2018 Пущинская среда
Кому стало лучше? - Красное знамя Жителей многоквартирных домов уверяли, что с передачей полномочий по начислению коммунальных платежей от управляющих компаний в МосОблЕИРЦ абонентам станет лучше.
26.09.2018 Красное знамя
Ukraden velosiped - Администрация г. Пущино В Дежурную часть МУ МВД России «Серпуховское» поступило заявление от жительницы г. Пущино о том, что неустановленное лицо, находясь в подъезде одного из домов микрорайона «Д» г.о.
26.09.2018 Администрация г. Пущино
Решение взять из детского дома малыша не оставляло нас и вскоре мы нашли нашу Настеньку.
25.09.2018 Дмитровский вестник
В ходе рейда по пресечению нелегальной миграции участковый уполномоченный выявил 37-летнюю хозяйку жилплощади в Тучкове, которая фиктивно зарегистрировала гражданина Украины, не собираясь при этом его вселять.
26.09.2018 Красное знамя
Международный день пожилого человека отметят в музеях Подмосковья - Правительство Московской области Источник: Министерство культуры Московской области В государственных музеях Подмосковья проведут мероприятия, приуроченные к Международному дню пожилого человека,
25.09.2018 Правительство Московской области
Исследования более 20 авторов напечатаны в третьем сборнике «Пушкинский краевед», сообщил сегодня, 25 сентября, на презентации нового издания председатель пушкинского общества краеведов Василий Панченков .
25.09.2018 Газета Маяк
Заседание правительства Подмосковья 19 сентября 2017 года - Правительство Московской области Источник: Пресс-служба Губернатора Московской области , Андрей Жабин Губернатор Московской области Андрей Воробьев сообщил, что план пятилетних мероприятий будет составлен для каждого города Подмосковья,
25.09.2018 Правительство Московской области
Новый сезон 1914 года команда КСО встречала уже без ветеранов Эдварда и Джеймса Чарноков, они закончили свои активные выступления в большом футболе Джеймс сосредоточился на организационных делах клуба,
25.09.2018 Орехово-Зуевская правда
Представлена новая структура правительства Московской области - Пущинская среда Губернатор Московской области Андрей Воробьев подписал постановление, согласно которому утверждается структура исполнительных органов государственной власти Московской области и состав правительства Московской области.
26.09.2018 Пущинская среда